OpenGL-消除隐藏面之深度测试

首先直观的感受下，在不消除隐藏面的情况下，图形旋转中会出现的场景：

正背面不消除问题图片

针对上述问题，提供两种解决方法：

1、正背面消除：根据顶点数据顺序判断用户可见部分（阳面）与隐藏面（阴面），隐藏面直接丢弃，不绘制，只绘制可见部分
2、深度测试：不管图层数量，只显示绘制可见图层，剩余不可见的直接丢弃

正背面消除：该方法不能从根本上解决上述场景的问题，会出现缺口，如下图；

缺口问题

上述场景出现的原因：甜甜圈旋转过程中，当前后两部分重叠时，OpenGL中并不能清楚地区分，两个图层谁显示在前，谁显示在后，导致甜甜圈产生了缺口。
关于正背面消除方法具体实现原理，这里不详细阐述（主要需了解下阳面，阴面的判定）

针对正背面消除方法存在的缺陷，深度测试应运而生，首先理解下以下几个概念

深度：指OpenGL坐标系中，像素点的Z坐标距观察者的距离，存在如下关系：

1、如果观察者在Z轴的正方向，Z值越大则越靠近观察者
2、如果观察者在Z轴的负方向，Z值越小则越靠近观察者

图解如下：

深度值与Z坐标值的关系（基于观察者不动，物体动的观察方式）

深度缓存区（Depth Buffer）：

指一块专门内存区域，存储在显存中，用于存储屏幕上所绘制图形的每个像素点的深度值，对应关系如下：
1、深度值越大，离观察者越远
2、深度值越小，里观察者越近
注意事项：
1、深度缓存区中，每个像素点和深度值一一对应
2、深度缓冲区的范围是[0, 1]之间，默认值是1.0，表示深度值的最大值
3、每次绘制前需清空深度缓存区，否则会存在上次绘制缓存的深度值，影响当前图形的绘制

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

深度测试：

一个物体在绘制时，像素点新的深度值与深度缓存中已经存在的深度值作比较，若新值 > 旧值，则丢弃，反之，将新的深度值更新至深度缓存区，由于深度缓存区与颜色缓存区是一一对应的，同时也需要更新该像素点的颜色值到颜色缓存区，该过程就是深度测试
开启深度测试

glEnable(GL_DEPTH_TEST);

关闭深度测试

glDisable(GL_DEPTH_TEST);

开启深度测试后，效果图如下：

开启深度测试后效果图

多边形偏移（Polygon Offset）

深度测试虽然解决了上述出现的缺口问题，但同时引出了Z-Fighting(Z冲突，闪烁)问题，发生z冲突的原因如下：开启深度测试后，由于深度缓冲区精度限制，导致深度值在误差极小时，OpenGL出现无法判断的情况，出现画面交错闪现的现象，举例如下：

Z冲突剧烈

开启深度测试

glEnable(GL_POLYGON_OFFSET_FILL)

关闭深度测试

glDisable(GL_POLYGON_OFFSET_FILL)

预防解决Z冲突方法：

1、避免两个物体靠的太近：在绘制时，插入一个小偏移
指定偏移量glPolygonOffset (GLfloat factor, GLfloat units)，参数一般填 -1 和 -1
2、将近裁剪面（设置透视投影时设置）设置的离观察者远一些：提高裁剪范围内的精确度
2、使用更高位数的深度缓冲区：提高深度缓冲区的精确度

最后编辑于：2020.07.13 12:37:10